Upcycling di residui metallurgici per la fabbricazione di prodotti ceramici tramite manifattura additiva

In recent times, the interest in the reuse of waste materials has increasingly taken hold on an industrial level. This thesis work is proposed as part of the European project “IDEAL”, which involves several companies and universities. The aim of the project is to reuse the blast furnace slag deriving from the production of copper (a residue of the metallurgical industry), as an integral part of the fabrication of a new type of material with properties suitable to be used in the construction sector for fire protection and air filtration. Indeed, the slag from the blast furnace can behave as a precursor for the formation of inorganic geopolymers, a vast class of ceramic materials that, over the years, has increasingly been able to act as a potential alternative in different areas of use, thanks to properties that can compete with those of traditional materials and a production process that involves low carbon dioxide emissions. This study evaluates the production of slag-based components with the Binder Jetting (BJT) and Direct Ink Writing (DIW) technologies: two different additive manufacturing techniques that were used also for the realization of large objects. For the BJT technology, the powder bed 3D printer, developed by the innovative company Desamanera s.r.l., was used, which has allowed for the fabrication of medium-sized products with good mechanical characteristics and high porosity values, thanks to the dissolution of sodium chloride grains that were introduced into the printing mix. On the other hand, DIW technology has allowed, following an in-depth study on the method of manufacturing a printable material and on the printing process itself, the realization of small scaffolds with discrete mechanical properties and interesting magnetic properties, due to a targeted heat treatment.

In epoca recente l’interesse verso il riutilizzo di materiali di scarto ha sempre più preso piede a livello industriale. Il presente lavoro di tesi si propone come parte del progetto europeo “IDEAL”, che coinvolge diverse aziende e università. L’obiettivo del progetto è quello di rendere la scoria d’altoforno derivante dalla produzione del rame (un residuo dell’industria metallurgica), parte integrante nella generazione di un nuovo tipo di materiale con proprietà adatte all’impiego in ambito edilizio per la protezione dal fuoco e il filtraggio dell’aria. La scoria d’altoforno è infatti capace di agire da precursore per la formazione di polimeri inorganici, una vasta classe di materiali ceramici che negli anni ha sempre più saputo porsi come una potenziale alternativa in diversi ambiti di utilizzo, grazie a delle proprietà che possono competere con quelle dei materiali tradizionali e ad un processo di produzione che comporta una bassa emissione di anidride carbonica. In questo studio è stata valutata la produzione del materiale con le tecnologie Binder Jetting (BJT) e Direct Ink Writing (DIW), due differenti tecniche di manifattura additiva, impiegate per la realizzazione di oggetti anche di grandi dimensioni. Per la tecnologia BJT è stata utilizzata la stampante 3D a letto di polveri sviluppata dall’azienda innovativa Desamanera s.r.l. che ha permesso la realizzazione di prodotti di medie dimensioni che presentano buone caratteristiche meccaniche e un’elevata percentuale di porosità, grazie alla dissoluzione di grani di cloruro di sodio introdotti nella miscela di stampa. La tecnologia DIW ha consentito invece, a seguito di uno studio approfondito sul metodo di creazione di un materiale stampabile e sul processo di stampa stesso, la realizzazione di reticoli (scaffolds) di ridotte dimensioni con discrete proprietà meccaniche e interessanti proprietà magnetiche, in seguito all’attuazione di un trattamento termico mirato.